無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)用于農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪

齊磊剛，荊田芬，王巍，李修闖

（中化地質(zhì)（河南）勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，河南鄭州 450011）

農(nóng)村房屋不動(dòng)產(chǎn)登記是國(guó)家深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動(dòng)能，結(jié)合當(dāng)前全國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展面臨的有利形勢(shì)以及困難和挑戰(zhàn)， 部署的深化農(nóng)村集體產(chǎn)權(quán)制度改革的重要基礎(chǔ)性工作。按照相關(guān)技術(shù)細(xì)則規(guī)定，有關(guān)管理人員必須以“權(quán)屬清晰、界址清楚、面積準(zhǔn)確”為原則，采用合規(guī)有效的測(cè)量方法，施測(cè)界址、計(jì)算面積，查清每宗土地的權(quán)屬、面積、用途、空間位置等要素及其附著的房屋（建、構(gòu)筑物）的基本情況，提交符合不動(dòng)產(chǎn)登記要求的權(quán)籍調(diào)查成果， 疊加整合農(nóng)村房屋等建、構(gòu)筑物以及新增的宅基地、 集體建設(shè)用地等的權(quán)籍信息，形成農(nóng)村房地一體的不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍信息數(shù)據(jù)庫(kù)。管理部門則依托管理基礎(chǔ)平臺(tái)，辦理不動(dòng)產(chǎn)登記，向權(quán)利人頒發(fā)不動(dòng)產(chǎn)權(quán)證書，最終實(shí)現(xiàn)房地一體的登記發(fā)證。

目前， 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一種新型測(cè)繪手段在勘察測(cè)繪項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。 其作業(yè)方式是通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，從不同角度進(jìn)行影像采集。 其中1 臺(tái)從垂直下視角度拍攝，其余4 臺(tái)從傾斜角度進(jìn)行拍攝，從而同時(shí)獲取5 張包含常規(guī)攝影無(wú)法得到的地物立面的紋理信息和幾何信息的相片， 通過數(shù)據(jù)處理可形成實(shí)景三維模型。本文擬結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，分析介紹該技術(shù)在農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用。

1 影像獲取

1.1 航攝地點(diǎn)選取

選取安徽省碭山縣良梨鎮(zhèn)某村莊作為航攝地點(diǎn)。該區(qū)域地勢(shì)平坦，居民點(diǎn)分布均勻，無(wú)高層建筑，樹木遮蓋不多，地形特征具有一定代表性。

1.2 航攝作業(yè)流程

航攝作業(yè)流程主要分為航攝準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)獲取，具體詳見圖1。

1.2.1 航攝準(zhǔn)備工作

1）航攝空域申請(qǐng)備案。在飛行前，需要提前進(jìn)行空域申請(qǐng)， 準(zhǔn)備相關(guān)材料向當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)、 民航空管、戰(zhàn)區(qū)等管理部門申請(qǐng)報(bào)備。

2）設(shè)備選用。本次航飛采用大疆經(jīng)緯M300RTK無(wú)人機(jī)搭載睿鉑DG3Pros 相機(jī)，如圖2 所示。該相機(jī)是睿鉑新一代旗艦機(jī)之一，具有質(zhì)量輕、體積小、焦距合理、可靠性高、兼容性高、用戶群體基數(shù)大等一系列優(yōu)點(diǎn)， 可兼容市面上主流航測(cè)多旋翼及固定翼無(wú)人機(jī)。相機(jī)鏡頭采用復(fù)消色差技術(shù)，內(nèi)置散熱除塵系統(tǒng)，增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)能力。 配套數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，能大幅度提高空中三角測(cè)量（以下簡(jiǎn)稱“空三”）及刺點(diǎn)效率，降低“空三”報(bào)錯(cuò)概率。 相比其他相機(jī)，睿鉑該相機(jī)可顯著減少像控點(diǎn)的采集工作。

3）航線規(guī)劃設(shè)計(jì)。 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)航高為90 m，地面分辨率（GSD）為1.26 cm，外擴(kuò)范圍為一倍航高的距離，航向重疊度80%，旁向重疊度70%，完全能滿足1∶500 大比例尺地形圖測(cè)繪要求， 單架次飛行時(shí)間預(yù)計(jì)40 min，本次航線規(guī)劃如圖3 所示。

1.2.2 數(shù)據(jù)獲取

準(zhǔn)備工作完畢后，進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集。本次航攝共飛 2 架次，有效面積為 0.42 km2，共獲取 12 000 張影像，剔除作業(yè)范圍外和效果不滿足要求的照片后，選用影像清晰、色彩均勻的照片參與建模計(jì)算。

2 像控點(diǎn)布設(shè)

本測(cè)區(qū)采用CGCS2000 坐標(biāo)系， 像控點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程直接使用AHCORS 網(wǎng)絡(luò)RTK 施測(cè)。 像控點(diǎn)盡量選擇在主要道路交叉口位置、 路面為硬質(zhì)水泥地或柏油路，且具有可選取特征明顯的地點(diǎn)（如斑馬線角點(diǎn)、道路中心線的交點(diǎn)、不同顏色路面交匯角點(diǎn)等）進(jìn)行布設(shè)。 像控點(diǎn)位置選定后，放置控制點(diǎn)靶標(biāo)板，噴涂像控點(diǎn)明顯標(biāo)記，并在旁邊注記像控點(diǎn)編碼。 測(cè)量時(shí)使用三腳架進(jìn)行對(duì)中、整平，然后量取儀器高（取位至0.001 m），并記錄在手簿上，要求觀測(cè)歷元數(shù)＞20，各次測(cè)量平面坐標(biāo)較差＜2.5 cm，高程較差＜5.0 cm。 觀測(cè)完成后，記錄觀測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)和編號(hào)。為保證測(cè)繪精度，通常相鄰像控布設(shè)間隔不大于120 m，實(shí)地用紅色油漆做噴繪標(biāo)志，如圖4 所示。

3 數(shù)據(jù)預(yù)處理與三維建模

3.1 預(yù)處理及空三測(cè)量

本項(xiàng)目采用Context Capture Center 軟件配備30個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，工作站配置：1）服務(wù)器為Intel Xeon W-2145 ＠ 3.70 GHz，128 G 內(nèi)存，NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti；2）從機(jī)采用 Intel Core i7-8700k CPU＠ 3.70 GHz，64G 內(nèi)存，NVIDIA GeForce GTX1660Ti。數(shù)據(jù)預(yù)處理采用睿鉑SkyScanner 軟件進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)照片自動(dòng)改名；并結(jié)合Sky CAL 高級(jí)工具生成建模軟件可導(dǎo)入的工程文件*.xml； 最終使用Sky Fliter 高級(jí)工具對(duì)無(wú)效照片進(jìn)行剔除， 并生成剔除無(wú)效照片的工程文件*.xml，以提高空三、建模效率。

空三加密是DSM、DOM 獲取和三維建模的重要環(huán)節(jié)， 其目的是通過影像匹配提取連接點(diǎn)及部分地面控制點(diǎn)， 將全部區(qū)域納入已知的控制點(diǎn)地面坐標(biāo)系中， 獲取每張照片的外方位元素和加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)?？杖用艿木戎苯佑绊懼罄m(xù)模型的質(zhì)量，因此需格外重視空三加密環(huán)節(jié)。本項(xiàng)目使用39 個(gè)像控點(diǎn)，空三加密后重投影誤差像素均方根為0.05，射線距離均方根 為 0.014 91 m，3D 誤差 均方根 為0.000 27 m，水平誤差均方根為 0.000 24 m,垂直誤差均方根為0.000 13 m。 對(duì)比空三前后的結(jié)果完全滿足相關(guān)規(guī)范要求，可進(jìn)行下一工序，空三結(jié)算結(jié)果及質(zhì)檢報(bào)告如圖5 所示。

3.2 三維建模

在空三精度滿足要求后，計(jì)算三維模型，設(shè)置模型的空間參考系統(tǒng)。 多視影像密集匹配能得到高密度數(shù)字點(diǎn)云，用于構(gòu)建數(shù)字表面模型（DSM）。經(jīng)過密集匹配獲得的高密度點(diǎn)云數(shù)量較大， 需要進(jìn)行切割分塊。通過對(duì)三角網(wǎng)的優(yōu)化，將三角網(wǎng)的尺寸調(diào)整至與原始影像相匹配的比例， 并通過對(duì)連續(xù)曲面的分析簡(jiǎn)化平坦地區(qū)的三角網(wǎng)進(jìn)行，降低數(shù)據(jù)冗余，獲得不規(guī)則三角網(wǎng)TIN 模型矢量架構(gòu)， 利用CCContext Capture Center（V4.4.10）軟件自動(dòng)對(duì)生成的白膜三維模型賦予紋理， 生成基于真實(shí)影像紋理的實(shí)景三維模型，如圖6 所示。

3.3 內(nèi)業(yè)測(cè)繪

傳統(tǒng)的立體測(cè)圖作業(yè)模式是通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪和腳盤的方式完成的。 本次測(cè)圖采用易繪e Feature 完成。該軟件可基于三維模型成果數(shù)據(jù)，通過顯示屏幕邊審視邊測(cè)量， 無(wú)需佩戴立體眼鏡， 直接對(duì)面狀房屋、線狀地物及點(diǎn)狀地物進(jìn)行勾繪，并在繪制中對(duì)地物進(jìn)行編碼。本項(xiàng)目基于傾斜三維模型成果，在測(cè)圖軟件中采集地籍、房屋界址點(diǎn)坐標(biāo)，繪制1∶500 比例尺不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍圖、宗地圖、房產(chǎn)分戶圖等，如圖7 所示。

4 精度統(tǒng)計(jì)

為檢驗(yàn)基于三維模型測(cè)繪權(quán)籍圖的可行性及精度，本次精度統(tǒng)計(jì)分析采用同精度檢測(cè)，主要從平面精度和邊長(zhǎng)精度進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 平面精度

平面精度驗(yàn)證采用全站儀實(shí)測(cè)42 個(gè)房角點(diǎn)、圍墻角點(diǎn)等明顯地物點(diǎn)， 粗差個(gè)數(shù)為1， 點(diǎn)位中誤差為±2.25 cm。 平面精度檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1 可知，點(diǎn)位較差小于5 cm 的共計(jì)39 個(gè)，占比 93%；距離在 5～10 cm 的共計(jì) 2 個(gè)，占比 5%；距離差大于10 cm 的共計(jì)1 個(gè)，占比2%，點(diǎn)位中誤差為±2.25 cm。

表1 平面精度檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)

4.2 邊長(zhǎng)精度

邊長(zhǎng)精度驗(yàn)證采用手持測(cè)距儀丈量了34 條建筑物邊長(zhǎng)，粗差個(gè)數(shù)為1，邊長(zhǎng)中誤差為±3.75 cm。邊長(zhǎng)精度檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2。

表2 邊長(zhǎng)精度檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)

由表2 可知，邊長(zhǎng)較差小于5 cm 的共計(jì)32 條，占比 94%；距離為 5～10 cm 的共計(jì) 1 條，占比 2.9%；距離差大于10 cm 的共計(jì)1 條，占比2.9%；邊長(zhǎng)中誤差±3.75 cm。

根據(jù) 《安徽省農(nóng)村房地一體不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)登記技術(shù)導(dǎo)則》（2020 版）、《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》（GB/T 23705—2009）的規(guī)定，利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪的大比例尺權(quán)籍圖的精度分布較均勻，完全滿足要求。 測(cè)圖成果精度檢查截圖見圖8。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了利用無(wú)人機(jī)搭載五鏡頭相機(jī)獲取高精度傾斜影像的流程， 對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。 利用該技術(shù)獲取的高精度傾斜影像可生成實(shí)景三維立體模型， 并直接在三維模型上進(jìn)行地形、地籍等要素的采集，生成建庫(kù)所需的矢量文件。通過對(duì)平面精度和邊長(zhǎng)精度的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不僅能滿足1∶500 大比例尺權(quán)籍圖的要求，還為農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)登記測(cè)繪項(xiàng)目開創(chuàng)了新的作業(yè)模式，大量減少外業(yè)測(cè)繪工作量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。